ऑल-व्हील ड्राइव: इतिहास, तकनीक और AWD सिस्टम कैसे काम करते हैं

यह लेख शुरू में एक सीधा-सादा तकनीकी मार्गदर्शक बनने वाला था — कुछ ऐसा जैसे “ऑल-व्हील ड्राइव के बारे में वह सब कुछ जो आप हमेशा जानना चाहते थे, लेकिन नहीं जानते थे कि किससे पूछें।” योजना यह थी कि समझाया जाए कि एक ओपन डिफरेंशियल किस तरह एक विस्को-कपलर या Haldex यूनिट से अलग होता है, एक सेल्फ-लॉकिंग डिफरेंशियल असल में क्या करता है, और यह सब क्यों मायने रखता है। लेकिन हम इतिहास में जितनी गहराई तक उतरते गए, यह उतना ही हैरान करने वाला होता गया। स्थायी ऑल-व्हील ड्राइव वाली पहली यात्री कार सौ साल से भी पहले नीदरलैंड में बनाई गई थी। और 1935 में, एक फोर-व्हील-ड्राइव अमेरिकी रेसिंग कार विश्व इतिहास की दिशा बदलने के हैरतअंगेज़ रूप से करीब आ गई थी।

एक यात्री कार को आखिर ऑल-व्हील ड्राइव की ज़रूरत ही क्यों है? 21वीं सदी में इसका जवाब साफ़ नज़र आता है: बेहतर ट्रैक्शन, फिसलन भरी सतहों पर कम व्हीलस्पिन, और पावर के तहत बेहतर संयम। चार चालित पहिए दो से बस बेहतर होते हैं। फिर भी उद्योग ने इस पर अमल करने में हैरान करने वाला लंबा समय लिया। किसी भी ऑटोमोटिव इतिहासकार से पूछिए और वे आपको बताएँगे कि मास-मार्केट कारों के लिए ऑल-व्हील ड्राइव का युग 1980 में Audi Quattro के साथ शुरू हुआ, साथ में कुछ दुर्लभ अग्रदूत भी थे — 1966 की ब्रिटिश सुपरकार Jensen FF और 1972 की Subaru Leone 4WD। एक असली विशेषज्ञ यह जोड़ेगा कि शुरुआती फोर-व्हील-ड्राइव Subaru दरअसल स्थायी ऑल-व्हील ड्राइव थीं ही नहीं। वे पार्ट-टाइम थीं। और यही अंतर पूरी कहानी बन जाता है।

पार्ट-टाइम 4WD: एक अस्थायी समाधान

केवल कभी-कभी एक ही एक्सल को चलाना एक समझौता है, और सड़क पर चलने वाली कार के लिए यह कोई सुंदर समझौता नहीं है। “पार्ट-टाइम 4WD” शब्द SUV और ऑफ-रोड ट्रकों की दुनिया से आता है। इस व्यवस्था में एक एक्सल स्थायी रूप से चलता है और दूसरा ज़रूरत पड़ने पर कठोर रूप से जुड़ जाता है — लेकिन उस कठोर कनेक्शन का इस्तेमाल केवल सड़क से बाहर ही किया जा सकता है। टारमैक पर सिस्टम को पूरी तरह से अलग करना पड़ता है।

टारमैक पर कठोर कनेक्शन क्यों विफल होता है

• जब कोई कार मुड़ती है, तो अगले पहिए पिछले पहियों की तुलना में लंबा चाप तय करते हैं और इसलिए उन्हें तेज़ घूमना पड़ता है।
• कठोर रूप से जुड़े ऑल-व्हील ड्राइव सिस्टम के साथ, अगले पहियों पर ट्रैक्शन घट जाता है जबकि पीछे टॉर्क बढ़ जाता है।
• कुछ मामलों में अगले पहिए चालक बल के बजाय ब्रेकिंग बल पैदा कर सकते हैं — जो प्रतिरोध बढ़ाता है और कार को स्टीयर करना मुश्किल बना देता है।
• कीचड़ या बर्फ़ जैसी ढीली सतहों पर यह संभाला जा सकता है, लेकिन टारमैक पर यह ड्राइवट्रेन में गंभीर जकड़न और हैंडलिंग की समस्याएँ पैदा करता है।

किसी मोड़ में हर पहिया अपना अलग चाप तय करता है और उसे अपनी ही गति से घूमना पड़ता है। यही वजह है कि स्थायी ऑल-व्हील ड्राइव को तीन डिफरेंशियल की ज़रूरत होती है: दो हर एक्सल के पहियों के बीच, और एक स्वयं एक्सलों के बीच, ताकि अगला और पिछला हिस्सा एक-दूसरे से स्वतंत्र रूप से घूम सकें।

पार्ट-टाइम कारें: GAZ-61 से Subaru Leone तक

इन सब के बावजूद कठोर रूप से जुड़ा ऑल-व्हील ड्राइव कुछ सड़क पर चलने वाली कारों तक पहुँचा ज़रूर, हालाँकि वे स्वभाव में ऑफ-रोड ट्रकों के ज़्यादा करीब थीं। USSR में GAZ-61 “Emka” — छह-सिलेंडर इंजन और पार्ट-टाइम अगले एक्सल वाली एक फोर-व्हील-ड्राइव सैलून — 1938 जितनी जल्दी छोटे बैच में उत्पादन में आ गई थी। युद्ध के बाद वही विचार ऑफ-रोड GAZ-M72 “Pobeda” और Moskvitch-410 में दिखाई दिया। 1972 की Subaru Leone 4WD ठीक उसी तर्क पर चली: कठिन रास्तों के लिए बनी, फ्रंट-व्हील-ड्राइव Subaru से ऊँची, एक ऐसे पिछले एक्सल के साथ जिसे चालक हाथ से जोड़ता था।

Subaru Leone 4WD स्टेशन वैगन (1972–1979) एक फ्रंट-व्हील-ड्राइव प्लेटफ़ॉर्म का फोर-व्हील-ड्राइव रूपांतरण थी, जिसमें हाथ से जोड़ा जाने वाला पिछला एक्सल था। प्रमुख विशेषताओं में शामिल थीं:

• इंजन विकल्प: 1.4-लीटर (72 hp) या 1.6-लीटर (80 hp)
• बॉडी स्टाइल: स्टेशन वैगन, सैलून और पिकअप ट्रक
• रियर-व्हील ड्राइव जुड़ाव: मैनुअल-ट्रांसमिशन कारों पर हाथ से; ऑटोमैटिक कारों पर मल्टी-डिस्क फ़्रिक्शन क्लच के ज़रिए स्वतः
• यह पार्ट-टाइम व्यवस्था 1989 तक सभी फोर-व्हील-ड्राइव Subaru पर जारी रही

पार्ट-टाइम ड्राइव की मूल समस्या यह है कि यह उन पक्की सड़कों पर बेकार है जहाँ अधिकांश कारें अपनी ज़िंदगी का अधिकांश समय बिताती हैं — और फिर भी कार हर जगह अपने साथ एक ट्रांसफ़र केस, एक दूसरा ड्राइवशाफ्ट और एक पूरा अतिरिक्त एक्सल असेंबली का बोझ ढोती रहती है। एक पार्ट-टाइम सिस्टम को फुल-टाइम में बदलने के लिए ठीक एक और घटक की ज़रूरत होती है: ट्रांसफ़र केस के भीतर एक इंटर-एक्सल डिफरेंशियल।

फुल-टाइम ऑल-व्हील ड्राइव: यह कैसे काम करता है और क्यों मायने रखता है

तीन डिफरेंशियल, एक सिद्धांत

इंटर-एक्सल डिफरेंशियल स्थायी ऑल-व्हील ड्राइव की कुंजी है। दो इंटर-व्हील डिफरेंशियल हर एक्सल के बाएँ और दाएँ पहियों को किसी मोड़ में अलग-अलग गति से घूमने देते हैं। इंटर-एक्सल डिफरेंशियल अगले एक्सल और पिछले एक्सल के बीच वही काम करता है। तीनों वाली कार ड्राइवट्रेन को जकड़े या हैंडलिंग को कुंद किए बिना किसी भी सतह पर स्थायी ऑल-व्हील ड्राइव चला सकती है।

सिद्धांत में काफ़ी सरल — फिर भी 1980 के दशक की शुरुआत तक उद्योग फुल-टाइम ऑल-व्हील ड्राइव को सड़क पर चलने वाली कार में अनावश्यक मानता था। प्रचलित धारणा यह थी कि सूखे टारमैक पर पहियों की दूसरी जोड़ी और उनसे जुड़ी हर चीज़ को घुमाने से केवल शोर और ईंधन की खपत बढ़ती है।

What the Quattro Proved

Audi Quattro ने उस सोच को हमेशा के लिए बदल दिया। इंजन के टॉर्क को हर समय चारों पहियों में बाँटकर, एक फुल-टाइम सिस्टम:

• मोड़ों में पार्श्व बलों को संभालने के लिए ग्रिप का बड़ा मार्जिन उपलब्ध छोड़ता है
• मोड़ के बीच में तेज़ करते या ब्रेक लगाते समय स्थिरता को काफ़ी बेहतर बनाता है
• थ्रॉटल इनपुट से उत्पन्न अचानक ओवरस्टीयर या अंडरस्टीयर के जोखिम को कम करता है

1980 के दशक के आख़िर की Audi 80 Quattro दिखाती है कि यह व्यवस्था कितनी परिष्कृत हो गई थी। Quattro आर्किटेक्चर प्रतिद्वंद्वी Ferguson Formula ट्रांसमिशन की तुलना में ज़्यादा सघन है। 1984 से Audi ने Torsen सेल्फ-लॉकिंग डिफरेंशियल लगाया — एक विशुद्ध यांत्रिक उपकरण जो पहिए की गति के अंतर के बजाय हर आउटपुट शाफ्ट पर लगने वाले टॉर्क पर प्रतिक्रिया करता है। विस्को-कपलर के विपरीत, Torsen केवल ट्रैक्शन के तहत लॉक होता है, ब्रेकिंग के तहत कभी नहीं, जो इसे ABS के साथ पूरी तरह संगत और मंदन के दौरान ज़्यादा स्थिर बनाता है।

यह ध्यान देने योग्य है कि Range Rover (1970) और रूसी Lada Niva (1976) को आम तौर पर इंटर-एक्सल डिफरेंशियल वाले पहले बड़े पैमाने पर बनाए गए वाहनों का श्रेय दिया जाता है — लेकिन दोनों पक्के ऑफ-रोडर हैं। Audi Quattro का दावा विशेष रूप से यात्री कारों में पहली होने का है।

शुरुआती फोर-व्हील ड्राइव रेसिंग कारें: Spyker से Bugatti तक

क्या रेसिंग कार डिज़ाइनरों ने Quattro युग से पहले फुल-टाइम ऑल-व्हील ड्राइव को खंगाला था? ज़ोरदार हाँ — और यह कहानी अधिकांश लोगों की अपेक्षा से कहीं ज़्यादा पीछे तक जाती है।

Porsche’s Four-Wheel-Drive Experiments

Ferdinand Porsche की युद्ध के बाद की पहली परियोजना एक फोर-व्हील-ड्राइव रेसिंग कार थी: Cisitalia 360, मिड-इंजन वाली, 1.5-लीटर बारह-सिलेंडर इंजन के साथ। हालाँकि इसका फ्रंट-व्हील ड्राइव पार्ट-टाइम था — चालक इसे सीधे रास्तों पर जोड़ता और मोड़ों से पहले वापस रियर-व्हील ड्राइव पर लौट आता।

दरअसल Porsche ने उससे कहीं पहले एक फोर-व्हील-ड्राइव वाहन बना लिया था: चार अलग-अलग व्हील मोटरों वाली एक इलेक्ट्रिक कार, जो 1900 की है।

The Spyker 60 HP, 1902

ऑटोमोटिव इतिहासकारों के लिए असली झटका डच निर्माता Spyker द्वारा बनाई गई 1902 की रेसिंग कार है। उस समय जब ब्रेक भी केवल पिछले पहियों में लगाए जाते थे, इस कार में असली फुल-टाइम ऑल-व्हील ड्राइव था, इंटर-एक्सल डिफरेंशियल समेत।

Spyker की स्थापना 1880 में Spijker भाइयों ने घोड़ा-गाड़ियों के निर्माता के रूप में की थी। उनकी पहली कार 1900 में सामने आई, और दो साल बाद, बेल्जियम के डिज़ाइनर Joseph Valentin Laviolette के साथ काम करते हुए, उन्होंने फोर-व्हील-ड्राइव Spyker 60 HP रेसिंग कार (1902–1907) बनाई। उस दौर के लिए इसकी विशेषताएँ असाधारण थीं:

• तीन डिफरेंशियल — इंटर-एक्सल और दोनों इंटर-व्हील
• तीन अलग-अलग ब्रेकिंग तंत्र — दो पिछले पहियों पर, एक अगले ड्राइवशाफ्ट पर
• एक फोर-व्हील ड्राइव सिस्टम जिसकी अवधारणा दशकों तक बराबरी न पा सकी

इस तरह फुल-टाइम फोर-व्हील ड्राइव की अवधारणा एक सदी से भी कहीं ज़्यादा पुरानी है। बहुत ज़्यादा फोर-व्हील-ड्राइव Spyker नहीं बनीं — वे बेहद महँगी थीं और प्रतिस्पर्धा में कभी ख़ास कामयाब न हो सकीं। 1930 के दशक की शुरुआत में दो और महत्वाकांक्षी परियोजनाएँ सामने आईं।

Bugatti Tipo 53 and Miller FWD

Bugatti Tipo 53 की शुरुआत Fiat के इंजीनियर Antonio Pichetto से हुई, जिन्होंने 1930 में यह विचार Ettore Bugatti के सामने रखा। 1932 में तीन कारें तैयार हुईं, हर एक में:

• एक 300 hp सुपरचार्ज्ड स्ट्रेट-एट इंजन
• तीन डिफरेंशियल के साथ फुल-टाइम ऑल-व्हील ड्राइव
• अलग से लगे गियरबॉक्स के साथ एकीकृत एक ट्रांसफ़र केस और इंटर-एक्सल डिफरेंशियल
• कार के बाईं ओर स्थित दोनों एक्सलों के ड्राइव शाफ्ट
• एक अनुप्रस्थ स्प्रिंग पर स्वतंत्र फ्रंट सस्पेंशन — Bugatti के लिए असामान्य

Tipo 53 बजरी वाले मोड़ों में समकालीन रियर-व्हील-ड्राइव कारों से आगे निकल जाती थी, लेकिन इसका स्टीयरिंग बेहद भारी था: अगले ड्राइवशाफ्ट में कॉन्स्टेंट-वेलोसिटी जॉइंट के बजाय साधारण Cardan जॉइंट लगे थे। तीनों कारें 1935 तक प्रतिस्पर्धा करती रहीं।

Miller FWD आंशिक रूप से इसलिए अस्तित्व में आई क्योंकि अमेरिकी डिज़ाइनर Harry Miller ने ख़ास तौर पर खोलकर जाँचने के लिए ख़रीदी गई एक फ्रंट-व्हील-ड्राइव Bugatti का अध्ययन किया था। जो उन्होंने पाया उससे प्रेरित होकर, Miller ने FWD ट्रक कंपनी के प्रायोजन से अपना ख़ुद का फोर-व्हील-ड्राइव चेसिस विकसित किया। फोर-व्हील-ड्राइव Miller में से एक 1934 के Indianapolis 500 में आगे चल रही थी, इससे पहले कि यांत्रिक ख़राबी ने उसे नौवें स्थान पर गिरा दिया।

A Near Miss at AVUS, 1935

ये कारें मोटरिंग इतिहास के सबसे अजीब “अगर ऐसा होता तो” क्षणों में से एक से भी जुड़ी हैं। 1935 में बर्लिन के AVUS ट्रैक पर एक दौड़ के दौरान, एक फोर-व्हील-ड्राइव Miller तीसरे स्थान पर चल रही थी, तभी उसका स्ट्रेट-एट इंजन बुरी तरह फेल हो गया और मलबा ग्रैंडस्टैंड की ओर उछाल दिया। उस दिन Adolf Hitler स्टैंड में मौजूद थे। अगर कोई छोटा-सा टुकड़ा भी उन तक पहुँच जाता, तो द्वितीय विश्व युद्ध — और विश्व इतिहास — की दिशा पूरी तरह अलग हो सकती थी।

Ferguson Formula: वह AWD सिस्टम जिसने सब कुछ बदल दिया

एक ओपन सेंटर डिफरेंशियल की समस्या

अगले अध्याय को समझने के लिए ओपन इंटर-एक्सल डिफरेंशियल की एक बुनियादी सीमा पर लौटना मददगार होगा। एक ओपन डिफरेंशियल एक एक्सल को स्वतंत्र रूप से घूमने देता है जबकि दूसरे को बिल्कुल भी टॉर्क नहीं मिलता। अगर पिछले पहिए पूरी तरह ग्रिप खो देते हैं, तो अगले पहिए खड़े रह सकते हैं जबकि पिछले घूमते रहते हैं — और डिफरेंशियल इसे रोकने के लिए कुछ नहीं करता।

SUV की दुनिया का जवाब था पॉज़िटिव लॉकिंग: चालक एक ऐसा तंत्र जोड़ता है जो डिफरेंशियल गियरों को कठोर रूप से लॉक कर देता है, और डिफरेंशियल ड्राइव को एक ठोस कनेक्शन में बदल देता है। शुरुआती Range Rover इसका इस्तेमाल करती थीं, वैसे ही Lada Niva और दर्जनों अन्य ऑफ-रोडर भी — और पहली पीढ़ी की Audi Quattro भी, जिसमें 1984 तक चालक को सेंटर डिफरेंशियल हाथ से लॉक करना पड़ता था। लेकिन मैनुअल लॉक एक और समझौता है। इसे कठोर सतहों पर छोड़ना पड़ता है, और अगर फिसलन भरी सड़क पर कोई पहिया अचानक घूमने लगे तो यह कुछ भी नहीं देता।

Rolt, Dixon और Harry Ferguson

पहला स्वचालित सेल्फ-लॉकिंग इंटर-एक्सल डिफरेंशियल ब्रिटिश रेसिंग ड्राइवर और इंजीनियर Tony Rolt की देन था। अपने दोस्त और साथी रेसर Fred Dixon के साथ उन्होंने युद्ध से पहले Rolt/Dixon Developments वर्कशॉप चलाई थी; उसके बाद दोनों इस बात से मोहित हो गए कि स्थायी ऑल-व्हील ड्राइव क्या कर सकता है। उन्होंने “Crab” नाम का एक प्रायोगिक फोर-व्हील-ड्राइव टेस्टबेड बनाया, और 1950 में सफल ट्रैक्टर निर्माता Harry Ferguson के साथ मिलकर Harry Ferguson Research बनाई।

Ferguson को रेसिंग कार की तलाश नहीं थी। वे एक सचमुच सुरक्षित सड़क कार चाहते थे: ऐसी जिसके पहिए न तो त्वरण के तहत घूमें और न ही ब्रेकिंग के तहत लॉक हों। Rolt और Dixon ने इसे शून्य से डिज़ाइन करने का बीड़ा उठाया — बॉडी, ट्रांसमिशन और पावरट्रेन समान रूप से — जिसमें पहले Aston Martin में रहे अनुभवी डिज़ाइनर Claude Hill मुख्य इंजीनियर थे। प्रायोगिक Ferguson R4 सैलून छह साल के काम के बाद तैयार हुई, और 1956 के लिहाज़ से इसकी विशेषताएँ उल्लेखनीय थीं:

• एक सेल्फ-लॉकिंग इंटर-एक्सल डिफरेंशियल के साथ स्थायी ऑल-व्हील ड्राइव
• A flat-four engine
• चारों पहियों पर डिस्क ब्रेक
• विमानन से अनुकूलित Dunlop MaxaRet इलेक्ट्रोमैकेनिकल एंटी-लॉक ब्रेकिंग सिस्टम

Ferguson Formula ट्रांसफ़र केस के भीतर

Ferguson Formula ट्रांसमिशन का दिल ट्रांसफ़र केस के भीतर एक चतुर सेल्फ-लॉकिंग तंत्र था। डिफरेंशियल के अलावा, इस यूनिट में एक अतिरिक्त गियर सेट, दो बॉल ओवररनिंग क्लच और फ़्रिक्शन डिस्क के दो पैक थे। सामान्य संचालन में ये तत्व चुपचाप निष्क्रिय रहते थे। लेकिन जैसे ही किसी एक्सल के पहिए फिसलने लगते — आउटपुट शाफ्ट की गति में अंतर पैदा करते — एक क्लच जुड़ जाता, अपने फ़्रिक्शन पैक को डिफरेंशियल गियरों के ख़िलाफ़ दबा देता और डिफरेंशियल ड्राइव को तुरंत एक ठोस कनेक्शन में बदल देता।

एक दूसरा प्रोटोटाइप, 1962 की Ferguson R5 एस्टेट, और भी बेहतर थी। Autocar के परीक्षकों ने पाया कि यह ऐसी गति पर पकड़ की सीमाओं तक पहुँच जाती थी जो लगभग असंभव लगती थीं। फिर भी, कोई निर्माता Ferguson को उत्पादन में नहीं लाना चाहता था; जटिलता और लागत बहुत ज़्यादा थी।

The Jensen FF Goes on Sale

1962 में Tony Rolt ने Jensen Cars के प्रबंधन को उनके आगामी CV8 कूपे और उसके 300 hp Chrysler V8 के लिए Ferguson Formula ट्रांसमिशन को अनुकूलित करने के लिए राज़ी किया। तीन साल बाद एक प्रायोगिक फोर-व्हील-ड्राइव Jensen CV8 FF चलने लगी।

1966 में Jensen Interceptor ने CV8 की जगह ली, और मानक रियर-व्हील-ड्राइव कूपे के साथ-साथ Jensen ने एक ऑल-व्हील-ड्राइव संस्करण भी पेश किया जिस पर एक सादा-सा “FF” बैज लगा था — “Formula Ferguson” के लिए। Jensen FF एक सेल्फ-लॉकिंग इंटर-एक्सल डिफरेंशियल को ABS के साथ जोड़ने वाली दुनिया की पहली उत्पादन कार बन गई। प्रमुख विशेषताओं में शामिल थीं:

• 325 hp पैदा करने वाला 6.3-लीटर Chrysler V8 बिग-ब्लॉक इंजन
• तीन-स्पीड TorqueFlite ऑटोमैटिक या चार-स्पीड मैनुअल गियरबॉक्स
• असममित टॉर्क विभाजन: 63% पिछले एक्सल को, 37% अगले को — रियर-व्हील-ड्राइव हैंडलिंग स्वभाव बनाए रखने के लिए
• सिंगल-चैनल Dunlop MaxaRet ABS
• रैक-एंड-पिनियन पावर स्टीयरिंग और चारों ओर डिस्क ब्रेक
• 212 km/h की टॉप स्पीड; 0–100 km/h 7.7 सेकंड में; कर्ब वज़न लगभग 1,800 kg
• 1968 में UK में क़ीमत: लगभग £6,000 — सबसे सस्ती Rolls-Royce के बराबर
• Total production: 318 cars (1966–1971)

उस दौर के हर मोटरिंग पत्रकार ने Jensen FF की स्थिरता की और जिसे उन्होंने “गीले डामर पर लगभग असीमित ट्रैक्शन मार्जिन” बताया, उसकी प्रशंसा की। Harry Ferguson ने यह कार कभी नहीं देखी: 1960 में उनका निधन हो गया।

Ferguson Formula क्यों मायने रखा

Ferguson Formula पर इतना लंबा समय क्यों बिताएँ? क्योंकि Harry Ferguson Research दुनिया में कहीं भी पहला संगठन था जिसने ऑल-व्हील ड्राइव को ऑफ-रोड ट्रैक्शन के जवाब के बजाय मुख्य रूप से सक्रिय सुरक्षा के एक उपकरण के रूप में देखा।

असममित टॉर्क विभाजन उस अनिश्चितता के ख़िलाफ़ एक सोचा-समझा कदम था जो सममित सिस्टमों को परेशान करती है। किसी रियर-व्हील-ड्राइव कार को फिसलन भरे मोड़ में बहुत ज़्यादा थ्रॉटल दीजिए और वह ओवरस्टीयर करती है, अनुमान के मुताबिक़। यही किसी फ्रंट-व्हील-ड्राइव कार में कीजिए और वह अंडरस्टीयर करती है, अनुमान के मुताबिक़। किसी सममित ऑल-व्हील-ड्राइव कार में यही कीजिए और जवाब इस पर निर्भर करता है कि किस एक्सल की पकड़ ख़राब है — जो अस्पष्ट है, और ख़तरनाक है। टॉर्क को पीछे की ओर झुकाकर, Ferguson Formula ने Jensen FF को अधिकांश परिस्थितियों में रियर-ड्राइव व्यवहार के करीब कुछ दिया।

विस्को-कपलर का आविष्कार

Ferguson तंत्र की एक असली सीमा थी: इसके ओवररनिंग क्लच बाइनरी, ऑन-ऑफ़ ढंग से काम करते थे। ओपन डिफरेंशियल से पूर्ण लॉक तक की छलाँग तात्कालिक थी, और जुड़ाव के क्षण में यह अपने आप में एक अस्पष्टता पैदा कर सकती थी। ज़रूरत एक ऐसे तंत्र की थी जो लॉक की मात्रा को सहजता से बदल सके।

1960 के दशक के आख़िर में Tony Rolt और Derek Gardner — जो बाद में Tyrrell की Formula 1 कारों के मुख्य डिज़ाइनर बने — ने विस्कस फैन ड्राइव में इस्तेमाल होने वाले सिलिकॉन द्रव के साथ प्रयोग करना शुरू किया। इसका नतीजा था विस्को-कपलर: सिलिकॉन द्रव से भरा एक बेलनाकार हाउसिंग, जिसमें हर आउटपुट शाफ्ट से जुड़े फ़्रिक्शन डिस्क के बारी-बारी से लगे पैक होते थे।

How a Visco-Coupler Works

• सामान्य परिस्थितियों में, जब सभी पहिए समान गति से घूमते हैं, डिस्क पैक एक-दूसरे के सापेक्ष मुश्किल से ही हिलते हैं और कपलर का डिफरेंशियल पर कोई असर नहीं पड़ता।
• जब एक एक्सल फिसलने लगता है, तो उसका आउटपुट शाफ्ट तेज़ घूमता है, जिससे डिस्क पैक एक-दूसरे के सापेक्ष घूमते हैं और सिलिकॉन द्रव को कतरते हैं।
• यह कतरन कपलर के भीतर तापमान और दबाव बढ़ाती है, जिससे द्रव की श्यानता नाटकीय रूप से बढ़ जाती है।
• श्यानता में यह वृद्धि डिस्कों को एक-दूसरे से घिसने पर मजबूर करती है, जो तेज़ घूमते शाफ्ट को उत्तरोत्तर रोकती है और डिफरेंशियल को आंशिक या पूरी तरह लॉक कर देती है।

FF Developments और AMC Eagle

विस्को-कपलर का पेटेंट कराने के बाद, Tony Rolt ने ऑल-व्हील ड्राइव ट्रांसमिशन को व्यावसायिक रूप से बेचने के लिए 1971 में FF Developments (FFD) की स्थापना की। शुरुआती काम कोई चमक-दमक वाला नहीं था: ब्रिटिश वानिकी सेवा के लिए फोर-व्हील-ड्राइव Bedford वैन, Ford Zephyr FF पुलिस कारों का एक बैच, बर्लिन में ब्रिटिश सैन्य मिशन के लिए Opel Senator 4×4 सैलून।

FFD का सबसे महत्वपूर्ण उत्पादन काम AMC Eagle (1979–1988) का ट्रांसमिशन था — AMC Concord सैलून का एक ऊँचा उठा हुआ ऑल-व्हील-ड्राइव संस्करण, बड़े टायरों पर, 75 mm बॉडी लिफ्ट के साथ। Eagle कहीं भी पहली उत्पादन कार थी जिसने अपने इंटर-एक्सल डिफरेंशियल को विस्को-कपलर से लॉक किया। इसे किसी परफ़ॉर्मेंस कार के बजाय एक हल्के ऑफ-रोडर के रूप में सोचा गया था, फिर भी इसका ट्रांसमिशन आर्किटेक्चर अब तक बनी सबसे मशहूर तेज़ ऑल-व्हील-ड्राइव कारों में से कुछ का सीधा पूर्वज है, जिनमें शुरुआती Subaru Impreza WRX और Mitsubishi Lancer Evolution शामिल हैं।

सेल्फ-लॉकिंग डिफरेंशियल: Torsen से इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण तक

Audi’s Packaging Trick

जब Audi Quattro 1981 में उत्पादन में आई — AMC Eagle के दो साल बाद — तो इसने मैनुअल पॉज़िटिव लॉक वाला एक पारंपरिक ओपन इंटर-एक्सल डिफरेंशियल इस्तेमाल किया। Audi के समाधान की ख़ूबसूरती इसकी पैकेजिंग में थी। अनुदैर्ध्य इंजन सीधे पिछले एक्सल की ओर इशारा करता था, और इंटर-एक्सल डिफरेंशियल सीधे गियरबॉक्स में चला गया: सेकेंडरी शाफ्ट को खोखला बनाया गया और अगले ड्राइवशाफ्ट को उसके भीतर से गुज़ारा गया। Ferdinand Piëch की टीम ने आगे और पीछे के बीच सममित 50:50 विभाजन चुना।

The Torsen Differential

1984 में Audi के केबिनों से मैनुअल लॉक लीवर आख़िरकार ग़ायब हो गए, जिनकी जगह Torsen — TORque SENsing — सेल्फ-लॉकिंग डिफरेंशियल ने ले ली। इसके फ़ायदे गिनाने लायक़ हैं:

• यह पूरी तरह यांत्रिक है — किसी इलेक्ट्रॉनिक्स, द्रव या चालक इनपुट की ज़रूरत नहीं
• यह गति के अंतर के बजाय आउटपुट शाफ्ट पर टॉर्क में बदलाव पर प्रतिक्रिया करता है, यानी यह व्हीलस्पिन के वास्तव में शुरू होने से पहले ही प्रतिक्रिया कर सकता है
• विस्को-कपलर के विपरीत, यह केवल ट्रैक्शन के तहत लॉक होता है, ब्रेकिंग के तहत नहीं, जो इसे पूरी तरह ABS-संगत बनाता है
• लॉक और अनलॉक होना सहज और निरंतर है, बिना किसी बाइनरी बदलाव के

तेज़ कारों पर ख़ुद को साबित करने के बाद, Torsen को कार जैसी हैंडलिंग की तलाश में जुटे SUV इंजीनियरों ने अपना लिया। आज इसका इस्तेमाल Range Rover, Volkswagen Touareg, Porsche Cayenne और Toyota Land Cruiser Prado में होता है।

Group B और रैली की हथियारों की होड़

1980 के दशक में Quattro के रैली दबदबे ने एक ऑल-व्हील ड्राइव हथियारों की होड़ छेड़ दी। कुछ ही सीज़नों के भीतर ये सभी फोर-व्हील-ड्राइव रैली कारें सामने आ चुकी थीं, हर एक अपने सेल्फ-लॉकिंग डिफरेंशियल में FFD विस्को-कपलर तकनीक का इस्तेमाल करती थी:

• Peugeot 205 T16
• Austin Metro 6R4
• Lancia Delta S4
• Ford RS200

Tony के बेटे Stuart Rolt ने उन वर्षों में रैली टीमों के साथ FFD के संबंधों को संभाला।

1990 के दशक की शुरुआत में रूस की AZLK फ़ैक्टरी भी FFD के पास आई, जो Moskvitch 2141 का एक ऑल-व्हील-ड्राइव रैली संस्करण चाहती थी। Ford RS200 जैसे ही तीन-डिफरेंशियल वाले लेआउट पर बनी, प्रायोगिक कार चरम परिस्थितियों में उल्लेखनीय अनुमानशीलता के साथ चलती थी। परीक्षण से एक सिद्धांत सामने आया जो आज भी लागू होता है: हर विस्को-कपलर की लॉकिंग कठोरता को अलग-अलग समायोजित कीजिए और कार का संतुलन उसके साथ बदल जाता है।

• ज़्यादा कठोर पिछला इंटर-व्हील डिफरेंशियल → ज़्यादा ओवरस्टीयर की प्रवृत्ति
• ज़्यादा कठोर अगला या इंटर-एक्सल डिफरेंशियल → ज़्यादा अंडरस्टीयर और स्थिरता

Electronic Control Arrives

यही ट्यूनेबिलिटी ठीक वह वजह है कि आधुनिक WRC कारें तीनों डिफरेंशियल में निष्क्रिय विस्को-कपलर के बजाय इलेक्ट्रॉनिक रूप से नियंत्रित मल्टी-डिस्क क्लच पैक का इस्तेमाल करती हैं। हाइड्रॉलिक एक्ट्यूएटर और एक ऑनबोर्ड कंप्यूटर हर डिफरेंशियल के लॉक को वास्तविक समय में बदलते हैं — टर्न-इन पर क्लच छोड़ देते हैं ताकि कार स्वतंत्र रूप से घूमे, फिर जैसे-जैसे चालक सीधे रास्ते पर तेज़ करता है, उन्हें उत्तरोत्तर जकड़ते हैं, अंडरस्टीयर के बिना अधिकतम ट्रैक्शन के लिए।

दो निर्माताओं ने सड़क कारों में इलेक्ट्रॉनिक रूप से नियंत्रित डिफरेंशियल की शुरुआत की:

• Mercedes-Benz 4Matic (1986, W124 E-Class): तीन इलेक्ट्रॉनिक रूप से नियंत्रित क्लच परिस्थितियों के अनुसार क्रमिक रूप से पहले अगले एक्सल को जोड़ते, फिर इंटर-एक्सल डिफरेंशियल को लॉक करते, फिर पिछले डिफरेंशियल को लॉक करते। सिस्टम कारगर था लेकिन ज़रूरत से ज़्यादा जटिल था, और इलेक्ट्रॉनिक्स ढीली सतहों पर अगले पहियों को ध्यान देने योग्य ढंग से जोड़ और अलग कर सकते थे।
• Porsche 959 (1986): चार चयन योग्य ड्राइवर मोड में काम करने वाले दो इलेक्ट्रॉनिक रूप से नियंत्रित क्लच। 959 का सिस्टम ज़्यादा परिष्कृत और हाई-परफ़ॉर्मेंस इस्तेमाल के लिए बेहतर अनुकूल था।

डिफरेंशियल की जगह लेना: Haldex और सरलीकृत AWD सिस्टम

The Visco-Coupler on Its Own

जहाँ रैली इंजीनियरों ने सेल्फ-लॉकिंग डिफरेंशियल को जहाँ तक जा सकते थे वहाँ तक धकेला, वहीं साधारण यात्री कारों के डिज़ाइनर दूसरी दिशा में गए — इंटर-एक्सल डिफरेंशियल को पूरी तरह हटाकर उसकी जगह एक विस्को-कपलर लगा दिया। 1985 की Volkswagen Golf II Syncro ऐसा करने वाली पहली यूरोपीय यात्री कार थी, जिसमें GKN के इंजीनियरों द्वारा विकसित ट्रांसमिशन था, जिसने 1969 में FFD का अधिग्रहण किया था।

बड़े पैमाने के उत्पादन के लिए यह सरलीकरण फ़ायदेमंद रहा:

• ऑल-व्हील-ड्राइव मॉडल ने अधिकांश घटक मानक फ्रंट-व्हील-ड्राइव संस्करण के साथ साझा किए, जिससे निर्माण लागत और जटिलता कम हुई
• सामान्य परिस्थितियों में, कार बिल्कुल एक फ्रंट-व्हील-ड्राइव कार की तरह चलती थी
• जब अगले पहिए फिसलते, तो विस्को-कपलर लगभग 0.2 सेकंड के भीतर 70% तक टॉर्क पीछे स्थानांतरित कर सकता था

हालाँकि यह देरी एक हैंडलिंग जोखिम पैदा करती थी। फ्रंट-व्हील-ड्राइव जैसा व्यवहार करती कार, जो अगले हिस्से से बाहर की ओर धकेलती है, कपलर के जुड़ते ही अचानक रियर-झुकाव वाले व्यवहार पर शिफ्ट हो सकती थी — और अपने चालक को चौंका सकती थी। जापानी निर्माताओं ने कई जवाब आज़माए, जिनमें और ज़्यादा कपलर लगाना भी शामिल था: 1988 की Nissan Sunny/Pulsar ने तीन इस्तेमाल किए, एक पिछले ड्राइव को जोड़ने के लिए और एक हर इंटर-व्हील डिफरेंशियल को लॉक करने के लिए। Mazda Concerto 4WD और आगे गई, इंटर-एक्सल और पिछले इंटर-व्हील दोनों डिफरेंशियल को विस्को-कपलर से बदल दिया।

The Haldex Clutch

अगले कदम में विस्को-कपलर की जगह एक इलेक्ट्रॉनिक रूप से नियंत्रित हाइड्रॉलिक मल्टी-डिस्क क्लच ने ली — कहीं ज़्यादा तेज़, और कहीं ज़्यादा सटीक रूप से नियंत्रित करने योग्य। सबसे मशहूर उदाहरण Haldex कपलिंग है, जिसने Volkswagen Golf IV और इसके प्लेटफ़ॉर्म भाई-बहनों पर विस्को-कपलर की जगह ले ली। यह इस तरह काम करती है:

• फ़ेस कैम अगले और पिछले शाफ्ट के बीच घूर्णन गति के किसी भी अंतर का पता लगाते हैं
• कैम की सतहों पर चलते रोलर रिंग सिलेंडरों में पिस्टन को धकेलते हैं, जिससे हाइड्रॉलिक द्रव पंप होता है
• द्रव का दबाव मल्टी-डिस्क क्लच पैक को दबाता है, जिससे टॉर्क पिछले एक्सल में स्थानांतरित होता है
• वाहन के इलेक्ट्रॉनिक्स द्वारा नियंत्रित एक सोलेनॉइड वाल्व किसी भी बिंदु पर दबाव छोड़ सकता है — जो असीम रूप से परिवर्तनशील टॉर्क वितरण की अनुमति देता है

आज बिक्री पर मौजूद अधिकांश ऑल-व्हील-ड्राइव कारें और क्रॉसओवर इस इलेक्ट्रॉनिक रूप से नियंत्रित क्लच के किसी न किसी संस्करण का इस्तेमाल करती हैं, चाहे वह Volkswagen Group की कारों पर Haldex हो, Honda की VTM-4 हो या BMW की xDrive। आधुनिक क्लच इतनी तेज़ी से काम करते हैं कि जुड़ाव की देरी सामान्य ड्राइविंग में अगोचर हो गई है, और अब कैलिब्रेशन हार्डवेयर से ज़्यादा मायने रखता है: Golf 4Motion और Audi A3 Quattro यांत्रिक रूप से एक जैसे ट्रांसमिशन का इस्तेमाल करती हैं, लेकिन अलग सॉफ़्टवेयर Volkswagen को एक सममित विभाजन देता है जबकि Audi ज़्यादा परिचित फ्रंट-ड्राइव स्वभाव के लिए 60% टॉर्क आगे भेजती है।

आज की AWD तकनीक: कौन-सा सिस्टम सबसे अच्छा है?

हाथ से जोड़े जाने वाले दूसरे एक्सल वाले पार्ट-टाइम सिस्टम शुक्र है कि यात्री कारों से ग़ायब हो गए हैं। जो बचा है वह तीन परिवारों में बँटता है, हर एक के अपने गुण हैं:

• सेल्फ-लॉकिंग इंटर-एक्सल डिफरेंशियल के साथ फुल-टाइम AWD (Subaru की तरह विस्को-कपलर, Audi A4/A6/A8 Quattro और Volkswagen Phaeton की तरह यांत्रिक Torsen, या Mitsubishi Lancer Evo की तरह इलेक्ट्रॉनिक रूप से नियंत्रित क्लच): सबसे परिष्कृत और संतोषजनक सिस्टम, जो सही ढंग से कैलिब्रेट किए जाने पर सड़क और ट्रैक दोनों पर हैंडलिंग को सचमुच बेहतर बनाने में सक्षम हैं।
• ओपन इंटर-एक्सल डिफरेंशियल के साथ फुल-टाइम AWD (Mercedes-Benz 4Matic की तरह): सेल्फ-लॉकिंग की कमी की भरपाई के लिए एंटी-स्लिप इलेक्ट्रॉनिक्स पर निर्भर करता है। सड़क पर कारगर, लेकिन यांत्रिक रूप से कम अग्रसक्रिय।
• एक नियंत्रित क्लच के ज़रिए पार्ट-टाइम रियर ड्राइव (Haldex, जैसा Volvo, Saab और विभिन्न Volkswagen Group क्रॉसओवर पर): आधुनिक क्रॉसओवर में सबसे आम लेआउट — किफ़ायती, हल्का, और तेज़ इलेक्ट्रॉनिक्स की बदौलत उत्तरोत्तर सक्षम।

टॉर्क वेक्टरिंग, और उसके बाद क्या आता है

उन्नत ऑल-व्हील ड्राइव में प्रमुख रुझान टॉर्क वेक्टरिंग है: केवल एक्सलों के बीच टॉर्क बाँटना ही नहीं, बल्कि किसी एक्सल के बाएँ और दाएँ पहियों के बीच सक्रिय रूप से उसे बदलना। Mitsubishi Lancer Evolution X इस क्षेत्र की सर्वश्रेष्ठ है — इसका S-AWC सिस्टम एक इलेक्ट्रॉनिक रूप से नियंत्रित सेंटर डिफरेंशियल (ACD) को एक Active Yaw Control (AYC) पिछले डिफरेंशियल के साथ जोड़ता है जो टॉर्क को एक पिछले पहिए से दूसरे तक ले जा सकता है। अतिरिक्त गियर सेट किसी पहिए के पहले से घूमने पर प्रतिक्रिया करने के बजाय ग्रिप खोने से पहले ही अग्रसक्रिय रूप से संतुलन बदल देते हैं।

व्यवहार में आधुनिक सिस्टमों के बीच वास्तविक-दुनिया के अंतर कंट्रोल इलेक्ट्रॉनिक्स के बेहतर होने के साथ लगातार सिकुड़ते जा रहे हैं। एक अच्छी तरह कैलिब्रेट किया गया Haldex क्रॉसओवर अब वह स्थिरता देता है जिसके लिए एक पीढ़ी पहले एक यांत्रिक Torsen की सराहना की जाती। यही यात्रा की दिशा है — और अंतिम बिंदु बहुत संभव है चार अलग-अलग व्हील मोटरों वाली इलेक्ट्रिक कार हो, जिनमें से हर एक बिना किसी यांत्रिक ड्राइवट्रेन के अपना ख़ुद का टॉर्क नापकर देती है। जो कहानी को बड़े सलीके से Ferdinand Porsche की 1900 की इलेक्ट्रिक फोर-व्हील-ड्राइव कार पर वापस ले आती है।

यह एक अनुवाद है। मूल यहाँ पढ़ा जा सकता है: https://www.drive.ru/technic/4efb336400f11713001e4f54.html